家蠶血液型膿病流行規律及其與氣象因子的相關性

唐亮 蔣滿貴 石美寧 董桂清 王霞 胡文娟 黃深惠 陳小青 黃旭華 潘志新

摘要：【目的】摸清廣西家蠶血液型膿病流行規律，并研究其與氣象因子的相關性，建立病蟲害預測預報的動態數學模型，為精準防控蠶病提供科學依據。【方法】以廣西2008—2018年的蠶病調查數據和氣象數據為基礎，將家蠶血液型膿病危害情況與主要氣象因子進行相關性分析和通徑分析，構建回歸預測模型。【結果】2008—2018年廣西家蠶血液型膿病呈波動發生態勢，年均發生率為11.35%，危害等級為重度（Ⅲ級）和超重度（Ⅳ級）的出現頻率達55.56%;月均發病趨勢呈正態分布，7月發病率最高（18.04%），其次是6和8月，發病率分別為16.00%和15.36%。夏蠶期（6—8月）廣西蠶區家蠶血液型膿病危害等級大部分達Ⅳ級，占比為62.79%，各蠶區發病率由高至低排序為貴港（18.15%）>南寧（17.89%）>河池（16.27%）>百色（15.82%）>柳州（14.16%）;春蠶期（3—5月）發病率絕大部分在中度（Ⅱ級）以內，發病率由高至低排序為柳州（10.13%）>河池（9.65%）>百色（7.43%）>貴港（7.00%）>南寧（6.68%）;秋蠶期（9—10月）各蠶區發病率均在Ⅱ級以內，差異不顯著（P>0.05）。降雨量和氣溫是影響廣西蠶區家蠶血液型膿病發病率的最主要氣象因子，據此建立的預測預報模型為y=0.15116+0.0037371x1+0.00018527x2+0.000051826x3-0.0000030415x4-0.00000082702x5+0.00063798x6（y為家蠶血液型膿病發病率，x1為旬平均氣溫與23.75 ℃差值的二次方，x2為上一旬降水量，x3為上兩旬平均氣溫的二次方，x4為上兩旬日照時數的二次方，x5為前三旬降雨量之和的二次方，x6為近四旬降雨量之和），發病等級的建模擬合準確率為78.89%，對2018年9批監測數據的預測準確率為66.67%。【結論】廣西家蠶血液型膿病危害較嚴重，夏蠶期（6—8月）是發病高峰期。建立的預測模型可用于廣西蠶桑生產中家蠶血液型膿病發生危害的預測預報。

關鍵詞： 家蠶;血液型膿病;氣象因子;回歸模型;相關性分析;廣西

中圖分類號： S884.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼： A 文章編號：2095-1191（2020）05-1217-07

Abstract：【Objective】In order to provide scientific basis for the accurate prevention and control of silkworm disease，the epidemic law of Bombyx mori nuclear polyhedrosis in Guangxi and the correlation between it and meteorological factors was studied，and a regional dynamic warning model was established. 【Method】Based on the survey data of silkworm diseases and meteorological data in Guangxi from 2008 to 2018， the correlation analysis and path analysis between the damage of B. mori nuclear polyhedrosis and the main meteorological factors were carried out，and a regression prediction model was built. 【Result】The results showed that the incidence of B. mori nuclear polyhedrosis in Guangxi was fluctua-ting from 2008 to 2018，with an average annual rate of 11.35%，and the frequency of serious（grade Ⅲ） and highly severe（grade Ⅳ） was 55.56%. The monthly incidence was normally distributed in a year， with the highest incidence rate of 18.04% in July， followed by 16.00% and 15.36% in June and August，respectively. The rate of incidence of B. mori nuclear polyhedrosis in Guangxi was mostly grade Ⅳin summer（June-August），accounting for 62.79%， and the incidence of nuclear polyhedrosis in different sericultural areas ranged from high to low was Guigang（18.15%）>Nanning（17.89%）>Hechi（16.27%）>Baise（15.82%）>Liuzhou（14.16%）. And the incidence grade of spring（March-May） was mostly in mo-derate level（grade II），and the incidence for different areas was Liuzhou（10.13%）>Hechi（9.65%）>Baise（7.43%）>Guigang（7.00%）>Nanning（6.68%）. While autumn silkworm rearing season（September-October） were below grade II and no significant difference（P>0.05）. The main factors that influenced the incidence rate of nuclear polyhedrosis of silkworm in Guangxi were rainfall and temperature. Based on this， the prediction model of the harm degree of B. mori nuclear polyhedrosis in Guangxi was y=0.15116+0.0037371x1+0.00018527x2+0.000051826x3-0.0000030415x4-0.00000082702x5+0.00063798x6（y was the incidence rate of B. mori nuclear polyhedrosis，x1 was the quadratic power of the difference between the average temperature of ten-day period and the 23.75 ℃，the x2 was the previous ten-day period precipitation，x3 was the square of the previous twenty-day period average temperature，x4 was the square of previous twenty-day period sunshine hours，x5 was the square of the rainfall of previous thirty-day period，and x6 was the sum of the rainfall in the past forty days），from which the fitting accuracy rate of the incidence grade of nuclear polyhedrosis in silkworm was 78.89% and the prediction accuracy of nine batches of monitoring data in 2018 was 66.67%. 【Conclusion】The B. mori nuclear polyhedrosis is serious in Guangxi，and its incidence peak period is in summer silkworn rearing season（June-August）. Finally，the prediction model can be used in the production of sericulture to predict the occurrence and damage of B. mori nuclear polyhedrosis in Guangxi.

Key words： Bombyx mori; nuclear polyhedrosis; meteorological factors; regression model;correlation analysis;Guangxi

Foundation item： Guangxi Key Research and Development Project（Guike AB16380102）;Construction Project of National Modern Agricultural Industry Technology System（CARS-18-SYZ14）

0 引言

【研究意義】蠶病是影響蠶繭產量、質量及蠶農經濟效益的重要因素（祁廣軍，2013）。據不完全統計，廣西每年因蠶病導致蠶繭減產達15%～20%，給蠶農造成巨大的經濟損失，其中又以家蠶血液型膿病的危害最嚴重（閉立輝，2005）。因此，掌握家蠶血液型膿病發病規律，建立科學的防控策略和措施，對有效降低蠶病損失及促進蠶業發展和農民增收具有重要意義。【前人研究進展】以廣西和云南等為代表的南方蠶區家蠶血液型膿病發病高峰期多出現在夏蠶、秋蠶期，以江蘇和安徽等為代表的長江流域蠶區發病高峰期則主要出現在秋蠶、晚秋蠶期（白興榮等，2011;石美寧等，2015;王必華，2015;杭笑冬等，2017），即全國各大蠶區的家蠶血液型膿病發病規律因氣候條件不同而呈現一定差異。已有研究報道，春季冷害、氣溫升降波動幅度大、晚秋持續低溫陰雨光照少的氣候條件，可影響大蠶齡期經過異常，家蠶抗病力弱，導致細菌病、膿病等蠶病大范圍（大面積）流行或暴發（連武等，1996;韓正安和張曉紅，2014;肖建京等，2015）。牟志美等（1999）研究認為，山東家蠶真菌病的發生與氣象因子及野外昆蟲的發生密切相關，高溫多濕是誘發家蠶多數種類真菌病的主要氣象因素;劉永裕等（2010）指出影響桂中地區原種蠶死蛹的主要因子是低溫冷害、高溫悶熱、高濕度和空氣干燥等;魯興萌（2012）指出溫度（5齡期或熟蠶期高溫）和桑葉（過度饑餓和桑葉偏嫩等）可直接影響家蠶對核型多角體病毒的抗性，而濕度等環境因子能從病原微生物的擴散方面間接影響家蠶血液型膿病的流行與暴發;關俊華等（2015）提出溫度是影響家蠶生長發育的最重要氣象因子。【本研究切入點】氣象因子對蠶病直接或間接的影響已有較多研究報道，其中家蠶微粒子病可實現利用氣象因子進行預測預報（劉吉平等，2002;潘志新等，2017;胡文娟，2018），但利用氣象資料對家蠶血液型膿病進行預測預報的研究鮮見報道。【擬解決的關鍵問題】以2008—2018年廣西典型蠶區血液型膿病發病調查數據和當地氣象資料為基礎，分析其相關性，構建數學模型，為廣西防控家蠶血液型膿病提供測報依據。

1 材料與方法

1. 1 蠶病數據

廣西家蠶血液型膿病發病原始數據來源于廣西蠶桑病蟲害監測網的常規蠶病監測數據和相關科技項目蠶病調查數據;數據匯總年份為2008—2018年，月份為每年3—10月。每批次全齡期蠶病調查數據為四齡眠期、五齡起蠶和五齡熟蠶期（上蔟第1 d）的血液型膿病發病率之和。

1. 2 氣象數據

氣象數據來源于中國天氣網，主要采集2008—2018年每年2—10月的旬平均氣溫、旬降雨量和旬日照時數等。

1. 3 數據整理

為更準確地反映氣象因素對血液型膿病的影響，所引用數據不包括使用抗血液型膿病蠶品種情況下的蠶病采樣數據。蠶病數據與氣象因素時間匹配方案：五齡蠶期至上蔟第1 d所在某月某旬最長的，即計入該旬，匹配對應的氣象資料進行分析。因家蠶血液型膿病具有極端氣候即在高溫和低溫發生概率較高的特點，故設置氣溫轉換算法，算法如下：

相關氣溫=（平均氣溫-某固定值）2

1. 4 蠶病程度等級劃分

為便于氣象數據預測預報，結合歷史調查數據的主要發病區間，將家蠶血液型膿病發病率劃分為4個等級，其劃分標準見表1。

1. 5 統計分析與建模

由于蠶病發病率為百分數，對數據進行平方根的反正弦值轉換，以便更符合正態分布規律（宋根鑫，2014）。使用SPSS 19.0的單因素方差分析（One-way ANOVA）進行數據顯著性差異分析，通過Excel 2007對數據進行整理和轉換，并匹配對應的氣象因子，再利用DPS v7.05對數據進行逐步回歸分析，篩選對蠶病影響顯著的氣象因子，生成回歸方程;分析氣象因子對蠶病的作用方式及影響程度，再對逐步回歸模型中的主要影響因子進行通徑分析。采用2008—2017年發病數據和相關氣象數據進行建模，并以2018年的氣象數據驗證模型的可行性。

2 結果與分析

2. 1 不同年份家蠶血液型膿病發生規律分析

2008—2018年廣西家蠶血液型膿病平均發病率和危害等級如表2和圖1所示。從圖1可看出，廣西家蠶血液型膿病多年發病規律呈波動態勢，其中2008年平均發病率最高，達13.24%，2012年平均發病率最低，為10.01%;2008—2018年年均發病率為11.35%，年發病率大于平均值的年份有6年（2008年、2011年、2014—2017年），占54.55%，家蠶血液型膿病發生率屬偏高。

以旬為單元，統計分析各危害等級的出現頻率，結果發現其比例約為Ⅰ級∶Ⅱ級∶Ⅲ級∶Ⅳ級=1∶4.5∶3.5∶3.4，出現頻率最高的是Ⅱ級，占36.36%，其次是Ⅲ級，占28.28%，第三是Ⅳ級，占27.27%;發病率大于10.00%的出現頻率達55.56%，說明廣西家蠶血液型膿病發生及危害較嚴重。

2. 2 不同月份家蠶血液型膿病發生規律分析

以月為單元，對家蠶血液型膿病發病率（表2）進行分析，從圖2可看出，廣西家蠶血液型膿病發病率呈正態分布，即兩頭低中間高。經單因素方差分析顯示，僅6和8月的發病率間差異不顯著（P>0.05，下同），其他月份差異均達顯著水平（P<0.05，下同）。病害發生最嚴重的月份是7月，平均發病率為18.04%;其次是6和8月，平均發病率分別為16.00%和15.36%。危害程度Ⅳ級的批次全部來自以上3個月份，且Ⅳ級出現頻率占6—8月調查總批次的62.79%，說明6—8月是廣西家蠶血液型膿病發病高峰期，危害嚴重。而3—5月和9—10月發病率總體處于較低水平，危害程度Ⅱ級以內約占70.07%。

2. 3 不同蠶區不同季節家蠶血液型膿病發生規律分析

整理南寧、河池、柳州、貴港和百色五大蠶區2008—2018年春、夏、秋不同季節家蠶血液型膿病發生數據，分析其發病規律。從圖3可看出，春蠶期（3—5月）各蠶區發病率絕大部分在Ⅱ級以內，由高至低依次為柳州（10.13%）>河池（9.65%）>百色（7.43%）>貴港（7.00%）>南寧（6.68%），經單因素方差分析顯示，柳州和河池蠶區與南寧、百色、貴港蠶區差異達顯著水平。桂中、桂西北（柳州和河池）蠶區的發病率較其他蠶區偏高，可能與桂中、桂西北在春季低溫陰雨天氣偏多，桑葉質量差，同時該季節常出現倒春寒天氣，氣溫劇烈波動從而影響蠶生命力、抵抗力等因素有關，春季養蠶應加強升溫防寒。

夏蠶期（6—8月）各蠶區發病率絕大部分達Ⅳ級，由高至低依次為貴港（18.15%）>南寧（17.89%）>河池（16.27%）>百色（15.82%）>柳州（14.16%）。經單因素方差分析發現，貴港蠶區與柳州、百色、河池3個蠶區及南寧蠶區與柳州、百色2個蠶區的差異達顯著水平。地區發病率呈現出桂東南（南寧和貴港）高于桂中、桂西北（柳州、河池和百色），可能是桂東南地區夏季的高溫多濕氣候對蠶生理活動產生負面影響，且有利于病原微生物的繁殖和傳播，這一時段養蠶應加強消毒防病及飼養抗病抗逆的蠶品種。

秋蠶期（9—10月）各蠶區發病率均在Ⅱ級以內，由高至低依次為柳州（9.12%）>河池（8.46%）>貴港（8.44%）>南寧（8.14%）>百色（7.87%）。經單因素方差分析顯示，各蠶區差異不顯著，說明廣西秋季氣候較適合養蠶，可選用優質高產的蠶品種，以提高蠶繭質量和產量。

2. 4 家蠶血液型膿病規律與氣象因子相關性分析

以表2中2008—2017年家蠶血液型膿病發病率為基礎，經反正弦平方根轉化后，與對應時段的旬平均氣溫、旬降雨量、旬日照時數等氣象因子及其不同組合的氣象數據等，運用數理統計方法進行相關性分析、逐步回歸分析和通徑分析，建立廣西家蠶血液型膿病發病規律與氣象因子的逐步回歸模型：y=0.15116+0.0037371x1+0.00018527x2+0.000051826x3-0.0000030415x4-0.00000082702x5+0.00063798x6。式中，x1為旬平均氣溫與23.75 ℃差值的二次方，x2為上一旬降水量，x3為上兩旬平均氣溫的二次方，x4為上兩旬日照時數的二次方，x5為前三旬降雨量之和的二次方，x6為近四旬降雨量之和。回歸模型決定系數R2=0.8844，達極顯著水平（P=0.001），已滿足逐步回歸篩選顯著因子的要求（P<0.01），且各單因素均與發病率顯著相關。

采用通徑分析獲得各因素對發病率的貢獻值（表3），6個構成因素直接通徑系數分別為py1=0.4445、py2=0.1010、py3=0.0996、py4=-0.0713、py5=-0.3531和py6=0.8254，即單因素影響前兩位的分別是近四旬降雨量之和和旬平均氣溫與23.75 ℃差值的二次方，同時這兩個因素與發病率的偏相關分析也達極顯著水平（P<0.01）。參考各因素對發病率的影響系數總量，可知降雨量和氣溫是影響廣西蠶區家蠶血液型膿病發病率的最主要氣象因子，前者對發病率的直接影響程度略高于后者，日照時數與家蠶血液型膿病發病率呈弱負相關。此外，通徑分析的決定系數R2=0.8844，誤差e對因變量的通徑系數為0.3400，即仍有34.00%的未知因素未能有效模擬，說明家蠶血液型膿病的發生除了與氣象因子相關外，可能還與當地養蠶環境、技術水平及病原積累等因素有關，但具體原因有待進一步探究。

該回歸模型對2008—2017年廣西蠶病發病率轉換等級的擬合精度為78.89%（圖4）。為驗證該預測模型的可靠性，利用該模型對2018年數據進行回檢，將預測發病率轉換為發病等級，結果（表4）顯示，可準確預測2018年9批次蠶病發生等級中的6批次，擬合精度為66.67%，另外3批次可預測到相鄰等級，說明該蠶病預測模型達實用水平。對照預測有偏差的數據，當觀測值接近等級分界邊緣時，容易出現防控等級預測偏差。

為進一步驗證該模型的適應性，對目前廣西蠶繭產量排名前三的河池、南寧和百色蠶區分別進行預測分析，結果（表4）顯示，2018年家蠶血液型膿病危害等級的擬合精度均達77.78%。表明建立的回歸模型對具體蠶區預報也有較高的準確性。

3 討論

2008—2018年廣西家蠶血液型膿病的年均發病率呈波動變化態勢，年均發生率為11.35%，危害等級在重度（Ⅲ級）和超重度（Ⅳ級）的出現頻率達55.56%，說明廣西家蠶血液型膿病發生和危害較嚴重，應引起相關部門和蠶農的重視，采取相應的防控措施。廣西家蠶血液型膿病發生Ⅳ級危害幾乎都在夏蠶期（6—8月），其中該病發病率最嚴重的月份是7月，其次是6和8月，發病高峰期與廣西高溫多濕的季節基本重合，與閉立輝（2005）、關俊華等（2015）的報道基本一致。這個季節養蠶應是全年防控的重點時期，除了加強消毒防病、溫濕度調節等技術措施外，還應選擇適宜當地氣候特點的蠶品種或抗性品種進行飼養，以降低家蠶血液型膿病的損失。而3—5月（春蠶期）和9—10月（秋蠶期）發病率總體處于較低水平，蠶農可在這兩個時期飼養優質高產蠶品種以提高蠶繭產量和質量，從而獲得更大收益。

通過對廣西家蠶血液型膿病發生數據和氣象因子進行相關性分析和通徑分析，明確了降雨量和氣溫是影響該病發生的主要氣象因素，且前者的影響略高于后者，與關俊華等（2015）的研究結果略有差異。其原因除了研究對象的地域差異外，蠶的適溫范圍（20～28 ℃）較廣也不容忽視，即氣溫在蠶適宜溫度范圍內變化對蠶病的影響小于其在適宜溫度范圍之外的影響，呈非線性關系。以廣西夏蠶期降雨量相近的河池和柳州（672.9和602.0 mm）為例，河池的平均氣溫27.96 ℃明顯高于柳州的25.81 ℃，家蠶血液型膿病發病率趨勢與溫度呈顯著正相關;春蠶期柳州和貴港降雨量相近（436.1和401.4 mm），但柳州的平均氣溫18.50 ℃明顯低于貴港的22.95 ℃，家蠶血液型膿病發病率反而顯著高于貴港;秋蠶期降雨量相近的河池和貴港（247.7和239.2 mm），前者平均氣溫24.34 ℃明顯低于后者的26.21 ℃，但兩者的發病率無顯著差異。針對上述情況，本研究引入了相關氣溫的算法輔助分析氣溫對家蠶血液型膿病的影響，較好地解決了逐步回歸中血液型膿病發病率與氣溫的線性關系。

在預測模型中可知，2008—2010年的觀測值常大于測報模型擬合值，說明當前氣象因子并不能完全解釋家蠶血液型膿病發病的原因，還存在其他未知因素，如病原致病力差異（黃深惠等，2012;唐芬芬等，2018）、蠶品種抗病性差異（陸瑞好等，2007）、蠶品種與當地氣候不適應及養蠶消毒不徹底病原積累（閉立輝，2005）等。根據通徑分析的結果，近四旬降雨量之和和旬平均氣溫與23.75 ℃差值的二次方（相關氣溫）是血液型膿病防控中應重點關注的氣象因素。在實際應用過程中，可利用本研究的預測預報模型，以近1個月的氣象資料和中長期天氣預報信息為基礎，能提供未來一段時間家蠶血液型膿病的危害等級預測，為該病精準防控提供指導依據。

4 結論

廣西家蠶血液型膿病危害較嚴重，6—8月是發病高峰期。夏蠶期廣西家蠶血液型膿病危害等級大部分達Ⅳ級，呈現桂東南蠶區比桂中桂西北蠶區高的趨勢，建議這一時期選用抗病抗逆蠶品種飼養;春蠶期和秋蠶期的危害等級大部分在Ⅱ級以內，可選用優質高產的蠶品種，以提高質量和產量。降雨量和氣溫是影響廣西家蠶血液型膿病發病率的最主要氣象因子。在廣西蠶桑生產中可應用建立的預測模型對家蠶血液型膿病發生危害進行預測預報。

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（責任編輯 羅 麗）